Respiration et circulation

Sommaire
CYCLE III
Domaine d'activité : CORPS HUMAIN
R E S P I R A T I O N E T C I R C U L A T I O N
Point du programme
• Les fonctions de nutrition : respir ation et circulation
Objectifs généraux
• Constater l'existence d'une relation étroite entre les deux fonctions.
• Constater la nature différente de l'air inspiré et de l'air expiré.
• Etablir un modèle cohérent du trajet de l'air et du sang dans le corps.
Résumé du module
Après l’étude de la digestion (en 1ère ou 2ème année du cycle 3), les deux thèmes respiration et
circulation proposés dans les programmes comme complétant “une première approche des
fonctions de nutrition” doivent se mener conjointemen t sur un même module tant ces deux
fonctions vitales sont étroitement liées. Leur étude n’est pas des plus simples et il convient de la
réserver à la dernière année du cycle. Le problème à résoudre par les élèves est de comprendre le
lien entre respiration et circulation après l’avoir constaté expérimental ement et mesuré. On
s’appuie sur l’expérimenta tion, la dissection et l’observation pour dégager les connaissance s de
base : le corps a besoin d’un apport important d’air pendant un effort, l’air qui entre dans les
poumons n’a pas la même nature que l’air expiré , des vaisseaux sanguins de grosse taille
établissent un lien physique entre le coeur et les poumons. Le fonctionneme nt de ces organes
vitaux est observé et défini pour l’essentiel.
A partir de ces acquis, les élèves construisent un modèle intégrant le transport de l’oxygène par le
sang vers les organes et l’évacuation du gaz carbonique vers les poumons. Les contraintes de ce
cahier des charges imposent un sens de circulation et une séparation physique du sang artériel et
du sang veineux de la même façon que sont séparés les circuits d'eau chaude et d'eau refroidie
d'un radiateur de chauffage central..
La confrontation collective des hypothèses permet de constater qu’ il n’existe qu’une seule
possibilité. Après que la classe en ait débattu et l’ait correctement formulée et schématisée, la
proposition retenue est validée par la documentatio n scientifique.
Réalisation : Ecole des sciences
Mention : En débat
Date de Publication : mai 1999
Séance 1 : Mesurer son effort
Séance 2 :
Séance 3 :
Air inspiré, air expiré
Dissection d’un tractus de porc
Séance 4 :
Séance 5 :
La double circulation
Education à la santé
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Respiration et circulation SOMMAIRE

SÉANCE 1 : MESURER SON EFFORT
Objectifs de connaissances
• Observer et mesurer les modifications des fréquences respiratoires et circulatoires du repos à
l’effort soutenu. Présenter les données et les interpréter.
Objectifs de méthode
• Procéder à des mesures.
• Réaliser des histogramme s.
• Interpréter des données.
Matériel à préparer
• Une simple montre avec le décompte des secondes est suffisante.
Un chronomètre permet des mesures plus précises et une plus grande facilité d’emploi.
Plusieurs chronomètre s permettent un travail des élèves en autonomie.
Un cardiofréquen cemètre est un instrument utilisé dans les sports d’endurance (vélo, course à
pied,...). Il permet une lecture instantanée de la fréquence cardiaque et selon les modèles les
mesures minimum et maximum, la fréquence moyenne, ... Le prix d’un modèle de base se situe
aux alentours de 60 Euros.
DEROULEMENT
On explique aux élèves qu’on va étudier les modifications que provoque sur eux-mêmes un effort
physique dans le cadre d’une étude sur le corps humain. Une discussion permet de rappeler ce
qu’ils ont déjà souvent expérimenté : “on respire plus vite, plus fort”, “le coeur bat plus vite”, ...
Le sujet de la recherche doit être alors dégagé : on s’intéresse à la respiration et aux battements
du coeur (la circulation n’est pas encore un concept établi). Une discussion faisant apparaitre les
représentatio ns des élèves montrera que la plupart n’associent pas le coeur à une fonction précise
“Ca sert à vivre” et que si les poumons sont associés à la respiration la fonction est mystérieuse.
Comment se faire une idée plus précise ?
Seule la mesure permettra de mieux comprendre ce qui se passe réellement et de rentrer dans
une démarche d’investigatio n raisonnée.
Il est nécessaire de définir le protocole des mesures à effectuer avant de lancer l’effort notamment
en faisant émerger la nécessité de pratiquer au préalable des mesures au repos (ce que beaucoup
oublient). Cette première série peut être faite collectivemen t. Cela permet de familiariser les
élèves avec la méthode et de se mettre d’accord sur les modalités pratiques : on mesure par
cycles respiratoires inspiration/ex piration et non les deux mouvements . La fréquence cardiaque se
mesure efficacement au niveau du pouls carotidien. On peut faire des mesures sur 30’’ et
multiplier par deux pour obtenir des fréquences du type nombre de battements / minute. Quand
cette première série est effectuée, on continue avec deux séries de mesures : effort modéré et
effort soutenu. On peut préparer un tableau pour noter efficacement les mesures.
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Respiration et circulation SEANCE 1 - 1

Les élèves peuvent travailler par deux : un qui court et un qui aide à la mesure puis rotation. Cela
permet de faire plusieurs mesures et d’éliminer les erreurs.
La présentation des données en tableau peut très utilement être convertie en un histogramme qui
permet de bien visualiser les variations de fréquence et le lien qui existe entre les deux fonctions.
C’est l’occasion d’utiliser du papier millimétrique et d’utiliser les mathématiqu es en situation
fonctionnelle .
On devra interpréter les résultats et dégager une conclusion du type : les fréquences respiratoires
et cardiaques varient de la même façon selon le niveau d’effort. On peut être tenté de parler de
proportionna lité même si il n’y a pas de rapport exact.
On pourra conclure la séance sur un questionnem ent utile pour la poursuite de la recherche :
Pourquoi et en quoi y a-t-il un lien entre la respiration et les battements du coeur ?
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Respiration et circulation SEANCE 1- 2
Notes pour l'enseignant :
R E P O S
E F F O R T M O D É R É
F R E Q U E N C E
R E S P I R A T O I R E
F R E Q U E N C E
C A R D I A Q U E
E F F O R T S O U T E N U

SÉANCE 2 :AIR EXPIRÉ, AIR INSPIRÉ
Objectif de connaissances
• L ’air inspiré est riche en oxygène, l’air expiré est appauvri en oxygène et contient du gaz
carbonique.
Objectifs de méthode
• Interpréter une expérience.
Matériel à préparer
• Eau de chaux
• Flacon
• Bouchon percé de deux trous
• 2 tubes coudés
L’eau de chaux se prépare par dissolution de chaux dans de l’eau, si possible déminéralisée ou distillée. À
défaut, on peut utiliser de l’eau du robinet, bouillie au préalable pour éliminer le gaz carbonique, et
refroidie. Verser 2 ou 3 cuillérées de chaux vive dans 1 litre d’eau froide et mélanger doucement. On
obtient un liquide blanc, le lait de chaux, et on constate un dégagement de chaleur dû à la réaction
chimique qui conduit à la formation d’hydroxyde de calcium. Attention, la chaux vive et l’hydroxyde de
calcium sont corrosifs : utiliser des gants et des lunettes. Filtrer ensuite le lait de chaux. Le liquide
transparent obtenu est de l’eau de chaux. Conserver l’eau de chaux dans un récipient étanche et rempli à
ras bord pour éviter la réaction avec le gaz carbonique atmosphérique (Didier Pol / La main à la pâte).
DÉROULEM ENT
1. L'expérienc e du maître
L’expérience est conçue et réalisée par le maître, les enfants n’ayant aucun élément leur
permettant de le faire. De plus, l’eau de chaux étant un produit corrosif, il n’est pas souhaitable
de la faire manipuler par les élèves qui pourraient en avaler ou s’en projeter dans les yeux.
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Respiration et circulation SEANCE 2 - 1
1. Le maître aspire et fait entrer de l’air dans
le flacon. L’air inspiré passe dans le liquide
transparent .
2. Le maître souffle et l’air expiré passe dans
le liquide qui se trouble.
Pour le maître : Le troublement de l’eau est dû à
un précipité de carbonate de calcium qui se forme
par réaction chimique entre la chaux et le gaz
carbonique
CO2 + Ca(OH)2 ----> CaCO3 +H2O.
Dans la nature, ce phénomène est à l’origine de la
formation des stalactites .

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Il peut être nécessaire de réaliser à nouveau l’expérience en laissant le temps aux élèves
d’analyser avec attention ce que fait le maître et ce qui en résulte. Il est également nécessaire
de préciser que le liquide dans le flacon n’est pas de l’eau mais de l’eau de chaux c’est à dire de
la chaux (matière minérale obtenu par cuisson de calcaire) en solution dans de l’eau .
Les élèves schématisent et décrivent l’expérience sur leur cahier d’expériences .
2. Que peut-on déduire de cette expérience ?
Une première phase orale fait appel au débat scientifique. Les élèves argumentent , formulent
des hypothèses, se justifient ...
La déduction essentielle qui devra être formulée et écrite par les élèves est que l’air inspiré n’est
pas de même nature que l’air expiré. Le maître apporte un complément d’information que les
élèves notent également : l’air inspiré est riche en oxygène, l’air expiré est appauvri en oxygène
et contient du gaz carbonique qui trouble l’eau de chaux.
Une discussion permet d’affiner le questionnem ent :
Que se passe-t-il au niveau des poumons ?
D’où vient le gaz carbonique ?
Les battements du coeur ont-ils un rapport avec la respiration ?
On note les questions qui guideront la séance suivante.
Respiration et circulation SEANCE 2 - 2
Notes pour l'enseignant :